超声波焊接结构设计
超声波焊接设备结构及各部分原理(1)
超声波焊接设备结构及各部分原理分析1.1 超声波的定义：1.2、超声波的传播：1. 3、超声波焊接的能量传递：1.4 超声波振幅的增幅：2/1波长2/1波长2/1波长1. 5、超声波的周波数与振幅：1. 超声波的传播：1. 超声波发生器作用是将工频（50 Hz或60 Hz）电压转变为超声频电压。
微处理器经由用户界面控制焊接循环和反馈关键焊接信息给用户。
用户界面也允许操作人员输入所需的焊接参数。
1.1 超声波发生器内部结构1.2 超声波发生器种类标准型：智能型：自动追频超声波焊接机，数字电路设计，超声波频率自动与超声波模具匹配，无需调节频率，长时间工作频率不漂移；超声波振幅可调，适合焊接不同要求的产品。
2、焊接套件声能系统焊接套件提供超声机械振动，一般由换能器、变幅杆、焊头三部分组成，在变幅杆中部固定在焊接压力机上。
焊接套件是有点类似音叉的谐振器。
焊接套件的谐振频率必须紧密匹配来自发生器的电信号的频率（相差少于30 Hz）。
2.1、换能器通过逆压电效应将来自于发生器的超声频电压转化为同频率的超声机械振动。
它由夹于两金属（通常是钛）块之间的若干压电陶瓷片组成。
片与片之间有一薄金属板形成电极。
在正弦电信号经由电极提供给换能器时，压电片膨胀和收缩，产生15~20 μm的轴向峰到峰运动。
超声波换能器是精密设备，应小心处理。
2.2:BLT换能器2.3：PZT压电环2.4、增幅器2.5、超声波变幅杆变幅杆有两个作用。
其主要作用是放大换能器端部产生的机械振动并将振动传给焊头。
另一作用是提供固定套件于焊接压力机上的位置。
在换能器施加超声能量时，变幅杆也膨胀和收缩。
与焊接套件中的其它零件一样，变幅杆是调谐装置，因而它也必须在特定频率共振以便将超声能量从换能器传至焊头。
为了有效地发挥作用，变幅杆必须是超声波在其制造材质中的半波长或半波长的整数倍。
一般为半波长。
2.6、超声波焊头超声波焊头是焊接套件中向待焊零件提供能量的部分。
超声波焊接的焊口设计
超声波焊接的焊口设计合理的焊口结构是保证最佳焊接效果的关Array键条件之一，各种焊口设计又取决于多种因素，如材料类型、零件形状和焊接要求（即强度、密封、外观等）。
图一表示典型的导能焊线设计。
对于某些需要高能量的树脂（即晶型、低刚度或高熔点的非晶型），其导能焊线尺寸应同比加大1.5~2倍。
当焊件没有密封要求时，则可以将焊线设计成断续的，以减少能量损耗。
图二表示外侧遮蔽的焊口设计（必要时也可设计成双向遮蔽），这样可避免向外溢料，以保证外观质量。
设计时应保证a≥b。
图三表示需要严密封接时所用的剪切焊接法。
特别适合于晶型树脂（PP、PE、Nilon、POM 等），对于超过焊件本体强度的连接要求，建议熔深为壁厚的1.25倍。
剪切量与焊件尺寸成正比，一般取值0.2~0.5mm。
剪切焊接的夹具必须限制下工件向外挠曲变形，而超声波声头与上工件作用面应尽可能靠近焊口（象是一个盖子），以防上工件向内挠曲。
对于中间壁剪切焊，则可采用图四所示的榫槽结构，以避免挠曲变形。
由于超声波能量传递中的高压强和剧烈振动，所以在焊口设计中还应避免以下结构隐患： 1、超声波声头和（或）超声波工装与焊件接触面太小，容易在焊件表面产生压痕和熔斑。
建议该接触面积应大于焊接面积的三倍，且尽可能正对焊接处（图二）。
2、盖状上工件太薄，容易在共振下开裂，或“击穿”，建议加筋处理（图二）。
3、细小附件与主体连接处强度太弱，容易振断，建议在根部加一圆R（图三）。
4、结构承力不好，致使能量不能有效地传递到结合面上。
如无法避免这种设计，则应将超声波声头及超声波工装的着力面改在承力良好的位置（图四）。
此外，工装夹具也在很大程度上影响焊接效果，被焊工件的材料、形状、壁厚及不对称性等因素均可能影响能量向界面的传递。
这都需要精心设计工装夹具，以保证焊接界面的均匀承力。
对于某些焊件，结合面可能过于严合而不能产生相对位移，这时可适当降低超声波工装的刚性，以保证在结合面产生异相状态。
塑料超声波焊接结构
塑料超声波焊接结构塑料超声波焊接结构1. 引言在现代工业中，塑料材料广泛应用于各种领域，如汽车、电子、包装等。
而为了将塑料部件连接在一起，我们通常使用焊接技术。
在众多的焊接技术中，超声波焊接因其高效、可靠和环保等特点而备受关注。
本文将深入探讨塑料超声波焊接的结构和原理，以及它在工业领域的应用。
2. 塑料超声波焊接的结构塑料超声波焊接是一种通过在塑料接头处施加超声波振动来实现焊接的技术。
它主要由以下几个部分组成：2.1 超声波振动系统超声波振动系统是塑料超声波焊接的核心组成部分。
它通常包括一个振动源和一个共振回路。
振动源产生高频振动，并通过共振回路将振动传递到焊接头部。
超声波振动系统必须具备稳定的振动频率和合适的振幅，以确保焊接的质量和效率。
2.2 可调式焊接头可调式焊接头是用来传导超声波振动到塑料接头的部件。
它通常由一个焊接头和一个压力传感器组成。
焊接头的设计可以根据不同的焊接要求进行调整，以确保焊接头与被焊接件之间的接触面积最大化，从而提高焊接的效果。
压力传感器用于监测焊接头对被焊接件的施加压力，以确保焊接的一致性和可靠性。
2.3 焊接基座焊接基座提供了一个稳定的支撑平台，用于固定被焊接件和焊接头。
它通常由金属材料制成，以确保足够的结构强度和耐久性。
焊接基座还可以通过可调节的夹具来确保被焊接件的准确定位和固定，从而提高焊接的精度和稳定性。
3. 塑料超声波焊接的原理塑料超声波焊接的原理基于超声波在塑料中传播时的特性。
当超声波通过塑料时，它会产生机械能，从而使塑料分子振动。
这种振动会导致塑料接头表面的摩擦和热量的产生，进而使塑料接头部分熔化。
当振动源停止振动时，熔融的塑料冷却和固化，从而形成坚固的焊点。
4. 塑料超声波焊接的应用塑料超声波焊接广泛应用于各个行业和领域，其中一些应用包括：4.1 汽车工业在汽车制造过程中，塑料超声波焊接被用于连接汽车零部件，如车灯、仪表板等。
由于超声波焊接可以快速、可靠地连接塑料部件，因此它在汽车工业中发挥着重要的作用。
超声波焊接线结构设计-基本型.阶梯型
( 0.7 ) 防止位置偏移
( 0.9 ) 引導孔
阶梯型设计及用处
防止溢料 改善外观
阶梯型设计例子
榫槽型设计例子
超声线及火花纹设计
Branson/Mold-Tech Texture Designation
Branson300 Branson450 Branson600
Pattern Depth
（0.03）
0.3
0.4R型很重要来自45°~ 60° 1.0
Join Design③
肉厚約 0.8 mm以下時 ( 0.4 )
0.03 0.4
0.25
0.5
30°～ 45°
0.8
Join Design④ 防止位置偏移(斷差)
肉厚 0.7 mm以下時
0.7＞
( 0.5 )
防止位置偏移 引導加厚部
0.25
0.010” to 0.025” (0.25 to 0.64mm)
0.060” (< 1.50 mm)
Chisel energy director 45º 0.015 to 0.019” tall (0.4 to 0.5mm)
Before
After
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.8 0.03
75 μm 115 μm 150 μm
超声线及火花纹样板
刀边型加上火花纹
超声熔化效果
无火花纹
有火花纹
超声焊接结构
阶梯型
Continuous Criss-Cross Energy Director
超声焊接结构
榫槽型
Tongue & Groove
3.0
2.0
超声波焊接结构_必能信 共24页
M4
Length of bushing in
mm
5.8
8.2
Diameter In mm
D1
D2
3.9 4.7
5.5 6.3
Insertion hole in mm (rec.value)
4.0
Threaded bush
5.6
M5 9.5 6.3 7.1 6.4 M6 12.7 7.9 8.7 8.0 M8 12.7 9.5 10.2 9.6
阶梯型
0.40
0.03
( 0.30 )
0.17
0.20
超声焊接结构
阶梯型
0.13～0.29 0.30～0.44 0.45 以上
75 μm 115 μm 150 μm
超声焊接结构
阶梯型
齿型高度约焊 接筋的60%
超声焊接结构
榫槽型
( 0.7 )
3.0 2.0
0.7
角度 3～ 5 ° 1.5
+ 0.001” (+ 0.025mm)
0.75” to 1.50” (18-35mm)
Greater than 1.50” (35mm)
0.012” to 0.016” (0.3 to 0.4mm) 0.016” to 0.020” (0.4 to 0.5mm)
+ 0.002” (+ 0.050mm)
+ 0.003” (+ 0.075mm)
超声焊接结构
剪切型
0.8
0.8
0.03 0.4
超声焊接结构
剪切型
0.5 0.25
0.5 0.25
0.1
0.1
超声铆接结构
2020年(塑料橡胶材料)超声波焊接塑料件的设计
（塑料橡胶材料）超声波焊接塑料件的设计超声波焊接塑料件的设计代注塑方式能有效提供比较完美的焊接用塑胶件。
光我们决定用超声波焊接技术完成熔合时，塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点：1焊缝的大小（即要考虑所需强度）2是否需要水密、气密3是否需要完美的外观4避免塑料熔化或合成物的溢出5是否适合焊头加工要求焊接质量可能通过下几点的控制来获得：1材质2塑料件的结构3焊接线的位置和设计4焊接面的大小5上下表面的位置和松紧度6焊头和塑料件的妆触面7顺畅的焊接路径8底模的支持为了获得完美的、可重复的熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向：1最初接触的俩个表面必须小，以便将所需能量集中，且尽量减少所需要的总能量（即焊接时间）来完成熔接。
2找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或齿口之类。
3围绕着连接界面的焊接面必须是统壹而且相联系互紧密接触的。
如果可能的话，接触面尽量在同壹个平面上，这样可使能量转换时保持壹致。
下面就对塑料件设计中的要点进行分类举例说明：整体塑料件的结构1.1塑料件的结构塑料件必须有壹定的刚性及足够的壁厚，太薄的壁厚有壹定的危险性，超声波焊接时是需要加压的，壹般气压为2-6kgf/cm2。
所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。
1.2罐状或箱形塑料等，在其接触焊头的表面会引起共振而形成壹些集中的能量聚集点，从而产生烧伤、穿孔的情况（如图1所示），在设计时能够罐状顶部做如下考虑○1加厚塑料件○2增加加强筋○3焊头中间位置避空1.3尖角如果壹个注塑出来的零件出现应力非常集中的情况，比如尖角位，在超声波的作用下会产生折裂、融化。
这种情况可考虑在尖角位加R角。
如图2所示。
1.4塑料件的附属物注塑件内部或外部表面附带的突出或细小件会因超声波振动产生影响而断裂或脱落，例如固定梢等（如图3所示）。
通过以下设计可尽可能减小或消除这种问题：○1在附属物和主体相交的地方加壹个大的R角，或加加强筋。
○2增加附属物的厚度或直径。
超声波焊接设计
超声波焊接设计一、何谓超声波焊接？在进行超声波振动的同时施加压力，使要结合的塑料产品的一部分因摩擦产生热量软化，焊接在一起的方法。
二、超声波焊接接合部的接合形状方式1、斜面接合（1）、斜面接合的特点：该接合是利用斜面以达到完全的面接合。
由于可获得均一的热能及较大的焊接面积，故焊接强度高，气密性好。
（2）、斜面接合设计时的注意事项•接合部的倾斜角度越大则焊接面积也就越大，但由于结合面不易产生滑动，故需要较大的能源。
另一方面，当倾斜角为锐角时，在焊接时会形成压入状态，并因打开接合部而引起变形、降低了融化密合性等，有可能引起不良问题的发生。
在设计是我们必须考虑到成型品的厚度，一般成品厚度应设定在30～60的范围内。
•将要进行焊接的二个成型品在组合时，确定纵向与横向的焊接深度是尤为重要的。
虽然所设定的尺寸会因使用塑料的等级与性能要求而异，但纵向与横向的设定标准则为0.4～0.7mm左右。
•为了确保焊接时嵌接状态的稳定性，尽可能地将接合部设计的大一点。
实际上成型品的间隙设计的大则不会发生晃荡，且不能有压入。
单侧设定为0.05mm左右为最佳。
•为了达到焊接后的制品尺寸（进入量）的稳定，必须设有浇口塞。
设定位置为可软化焊接的位置。
•若想防止在焊接时发生融化飞边时，最好能设有飞边滞留。
（3）、斜面接合设计案例，以及该接合形状的焊接强度例。
2、逐次接合（1）、逐次接合的特点：属于剪切焊接，由振动方向的面接触结合部获得均一的热量，其气密性、焊接强度都十分良好。
但是，焊接后所产生的飞边会滞留在表面，特别是不允许有飞边产生时，一定要注意。
（2）、逐次接合设计时的注意事项•接合部倾斜角度的考虑方法斜面接合一样。
同时也要考虑到成型品的厚度，我们希望设定在40～50的范围内。
•焊接深度含倾斜部分的设定一般为纵向1.0～1.2mm，横向0.3～0.5mm左右。
当纵向的焊接深度发生变化时其焊接强度也会发生变化，焊接量过大的话在焊接时容易产生飞边，由此引发出破裂、气密不良等问题。
超声波焊接线结构设计_基本型.阶梯型
阶梯型设计及用处
防止溢料
改善外观
阶梯型设计例子
榫槽型设计例子
超声线及火花纹设计
Branson/Mold-Tech Texture Designation
Pattern Depth
Energy Director Height
Branson300 Branson450 Branson600
0.003” 0.0045” 0.006”
Chisel Edge
0.060” (< 1.50 mm)
Chisel energy director 45º 0.015 to 0.019” tall (0.4 to 0.5mm)
Before
After
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.8 0.03 ( 0.5 )
0.37
45 °
0.4
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.40
0.03
( 0.30 ) 0.17 0.20
Join Design①
肉厚達 1.5 mm 程度時
1.5 0.05 （0.5） 0.5 R型 到ED為10mm 以下 0.5
60 °
Join Desi）
（0.5 ） 0.3 0.4 R型很重要
45°~ 60° 1.0
Join Design③
肉厚約 0.8 mm以下時 0.03
( 0.4 )
0.25
0.4 0.5 30°～ 45° 0.8
Join Design④
肉厚 0.7 mm以下時
防止位置偏移(斷差)
0.7＞ 防止位置偏移 引導加厚部
( 0.5 )
超声波焊接结构设计 课件
无损பைடு நூலகம்测
利用超声波、X射线等技术对 焊缝进行无损检测，以发现内
部缺陷。
破坏性检测
通过切割、拉伸等试验，对焊 缝进行破坏性检测，以评估其
力学性能。
焊接质量控制措施
选用合适的焊接参数
根据材料厚度、焊接方式等因 素，选择合适的功率、时间和
压力等参数。
控制材料质量
确保材料表面清洁、无杂质， 符合焊接要求。
超声波气动部分
超声波气动部分包括气源、气路控制系 统和气动元件等，它为超声波焊接提供 气压动力，实现焊头的上下振动和工件
的夹紧。
超声波气动部分的气压、流量和稳定性 对焊接效果有很大影响，因此选择合适 的气动元件和控制方式是实现高效、高
质量超声波焊接的重要环节。
常见的气动元件包括气缸、电磁阀、调 压阀等，可根据实际需求选择适合的元
缝焊
通过在两个金属板材之间施加超声波能量，使接触面熔化，并在压 力作用下形成连续的焊缝。
对焊
将两个金属板材的对接端施加超声波能量，使其熔化后结合在一起， 形成对接接头。
焊接结构设计要点
材料选择
根据焊接工艺要求和产品性能需求，选择适合的金属材料。
焊接面设计
确保焊接面平整、无杂质，以实现良好的接触和熔合。
超声波焊接原理
热作用
超声波在固体材料中传 播时，通过摩擦产生热 量，使接触面材料熔化。
压力作用
在焊接过程中，施加适 当的压力使熔融材料紧
密结合。
声流作用
冶金结合
超声波传播时在材料中 产生的声流能促进材料
流动和结合。
通过热作用、压力作用 和声流作用的综合效应， 实现材料的永久性连接。
02 超声波焊接设备
塑料超声波焊接结构
塑料超声波焊接结构
塑料超声波焊接是一种将两个或多个塑料部件经过超声波振动加热，在一定压力下使其融合在一起形成一个整体的焊接方法，其焊接结构可以有以下几种形式：
1. 直接焊接结构：将两个或多个塑料部件的焊接面直接接触在一起，通过超声波振动加热并施加一定压力进行融合。
这种结构适用于要求焊接强度不高、形状简单的部件。
2. 嵌入焊接结构：在一个塑料部件上预先制造出适合其他部件嵌入的凹槽或凸起，然后将另一个部件放入凹槽或覆盖在凸起上，使用超声波焊接将其固定在一起。
这种结构可以提高焊接强度并增加部件的连接面积。
3. 穿透焊接结构：将一个或多个塑料部件的一部分部分穿透进入另一个部件内部，然后使用超声波焊接将其固定在一起。
这种结构适用于要求较高的焊接强度和密封性的部件。
4. 塞入焊接结构：将一个或多个塑料部件的一部分塞入另一个部件内部，然后使用超声波焊接将其固定在一起。
该结构适用于要求焊接强度和密封性的部件。
5. 交叉焊接结构：将两个或多个塑料部件的焊接面以交叉交错的形式接触在一起，通过超声波振动加热并施加一定压力进行融合。
这种结构适用于要求焊接面积大和连接强度高的部件。
这些焊接结构可以根据具体的应用需求和设计要求进行选择和调整，以满足焊接的强度、密封性、外观等要求。
超声波焊接结构设计通用课件
智能化、自动化的焊接设备与工艺
随着工业4.0和智能制造的推进，智能化、自动化的焊接设备与工艺成为未来超声波焊接的发展趋势。 通过引入人工智能、机器学习等技术，可以实现焊接过程的自动化和智能化控制，提高焊接质量和效 率。
为了实现智能化、自动化的焊接，需要深入研究焊接过程的物理和化学机制，建立完善的焊接数据库 和知识库，开发高效的算法和模型，提高设备的智能化和自主化程度。同时，还需要加强与自动化、 计算机科学等领域的交叉合作，推动超声波焊接技术的创新发展。
感谢观 看
THANKS
表面处理不当
焊接前对材料表面进行清洁和预处理， 去除油污、氧化膜等，可以提高焊接 强度。
材料不匹配
不同材料的声阻抗差异可能导致能量 传递效率降低，影响焊接强度。解决 方法是选择声阻抗相匹配的材料或采 用特殊的超声波焊接参数。
焊接参数不当
调整合适的焊接时间、压力和功率等 参数，以达到最佳的焊接效果。
焊接变形的问题
超声波焊接结构设 计通用课件
目 录
• 超声波焊接结构设计中的挑战与 • 未来超声波焊接结构设计的发展
01
超声波焊接技术概述
超声波焊接的定义与原理
超声波焊接定义
振动传递
超声波焊接是一种利用高频振动能量 来实现塑料、金属等材料连接的工艺 方法。
焊头将振动能量传递至工件，使工件 产生摩擦热和塑性变形，从而实现工 件之间的连接。
03
超声波焊接结构设计实例
塑料焊接结构设计
超声波点焊焊接结构设计
超声波点焊焊接结构设计超声波点焊是一种使用超声波能量将两个金属件连接在一起的焊接方法。
它具有高效、高强度和环保等优点，在许多工业领域得到广泛应用。
超声波点焊焊接结构设计涉及到选择合适的焊接头和优化结构参数，下面将详细介绍。
首先，超声波点焊的焊接头是焊接过程中将超声波能量传递给被焊接金属件的部分。
一般来说，焊接头通常采用钛合金、马氏体不锈钢等材料制成。
在设计焊接头时，需要考虑焊接头形状和尺寸、焊接头与被焊接件的接触面积等因素。
焊接头形状通常有半球形、柱形、锥形等，具体选择需要根据被焊接件的形状和连接需求来确定。
焊接头与被焊接件的接触面积越大，焊接质量越好，所以需要尽量增加焊接头的接触面积。
其次，焊接结构参数的选择也非常重要。
焊接参数包括超声波的频率、振幅、焊接时间等。
超声波的频率通常在15-60 kHz之间，振幅一般为10-100微米，焊接时间一般在0.1-3秒之间。
焊接参数的选择需要综合考虑被焊接件的材料、厚度和形状等因素。
对于较薄的材料，可以选择较高的超声波频率和振幅，以提高焊接质量。
而对于较厚的材料，需要选择较大的焊接头和较长的焊接时间。
此外，还需要考虑工件的夹持方式和夹持力度。
夹持工件的方式可以是手动夹持或机械夹持，夹持力度需要足够大，以确保被焊接件在焊接过程中不发生移动或变形。
在实际应用中，超声波点焊焊接结构的设计还需要考虑其他因素，如焊接头的冷却方式、焊接过程中的气氛和温度控制等。
冷却方式可以通过冷却水或气体进行，以防止焊接头过热。
焊接过程中的气氛需要控制好，避免氧化或腐蚀等问题。
温度控制需要在一定范围内进行，过高的温度可以导致材料变形或熔化。
总之，超声波点焊焊接结构设计需要注意选择合适的焊接头和优化结构参数。
合理的设计可以提高焊接质量和效率，确保焊接的可靠性和稳定性。
在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和改进，以满足不同的焊接需求。
超声波焊接结构设计
7.7
8.75
8.25
M8
12.0
9.7
11.3
10.8
超声浇口切除结构
Gate Design
Gate Area
Tangent Melt Zone Localized
浇口尺寸
Smooth Gate Area
0.080 inch (2.03 mm)
Gate Sizes
0.080 inch (2.03 mm)
After
超声铆接结构
• 半圆型铆接
Dome Stake
0.5 D
2D
2.1 D
Before D = Stud diameter
0.5 D
After
超声铆接结构
• 中空型铆接
Hollow Stake
1.5 D
0.25 D
Before D = Stud diameter
After
超声铆接结构
• 高压型铆接
0.13～0.29 0.30～0.44 0.45 以上
75 μm 115 μm 150 μm
超声焊接 结构
阶梯型
Continuous Criss-Cross Energy Director
齿型高度约焊 接筋的60%
齿型
超声焊接 结构
添加标题
榫槽型
添加标题
6
添加标题
( 0.7 )
添加标题
0
添加标题
8.2
Diameter In mm
D1
D2
3.9 4.7 5.5 6.3
Insertion hole in mm (rec.value
)
4.0
Threaded bush
超声波焊接焊缝设计
超声波焊接焊缝设计1. 背景介绍超声波焊接是一种常用的焊接技术，它利用超声波的振动能量将两个或多个材料加热至熔点，并施加一定的压力使其相互融合。
超声波焊接具有焊接速度快、焊接强度高、无需添加焊接材料等优点，广泛应用于电子、汽车、医疗器械等领域。
焊缝设计是超声波焊接过程中至关重要的一环，合理的焊缝设计可以提高焊接质量和效率。
本文将详细介绍超声波焊接焊缝设计的相关内容。
2. 焊缝设计原则超声波焊接焊缝设计需要遵循以下原则：2.1 材料选择焊缝的材料选择应与待焊接材料相匹配，确保焊缝与基材之间的结合强度。
同时，材料的熔点也应考虑在设计中，以确保焊接过程中材料能够达到熔点并实现有效的焊接。
2.2 焊缝形状焊缝的形状应根据待焊接材料的形状和要求进行设计。
常见的焊缝形状包括直线型、波浪型、圆形等。
合理的焊缝形状可以提高焊接质量和效率。
2.3 焊缝尺寸焊缝的尺寸应根据待焊接材料的厚度和要求进行设计。
焊缝过大或过小都会影响焊接质量。
一般来说，焊缝的宽度应为待焊接材料厚度的1.5倍左右。
2.4 焊缝位置焊缝的位置应根据待焊接材料的结构和要求进行设计。
合理的焊缝位置可以提高焊接质量和效率。
一般来说，焊缝应位于材料的强度较低或较薄的部位。
3. 焊缝设计步骤超声波焊接焊缝设计的步骤如下：3.1 确定焊接材料首先需要确定待焊接材料的种类和性质，包括材料的硬度、熔点等。
根据材料的性质选择合适的焊接参数。
3.2 确定焊缝形状和尺寸根据待焊接材料的形状和要求，确定焊缝的形状和尺寸。
可以通过模拟实验或计算得出合适的焊缝形状和尺寸。
3.3 确定焊缝位置根据待焊接材料的结构和要求，确定焊缝的位置。
一般来说，焊缝应位于材料的强度较低或较薄的部位，以确保焊接质量。
3.4 设计焊接工艺根据焊缝形状、尺寸和位置，设计超声波焊接的工艺参数，包括振动频率、振幅、焊接时间等。
通过实验验证和调整，得到最佳的焊接工艺参数。
3.5 进行焊接实验根据设计的焊缝和焊接工艺参数，进行焊接实验。
超声波焊接线结构设计要点
塑胶焊接
金属焊接
超声波金属焊接原理
• 超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz ）的机械振动能量，连接 同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工 件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能 量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。接头间的冶金结合是母材 不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接．因此它有效地克服了电阻焊接时 所产生的飞溅和氧化等现象。超声金属焊机能对铜、银、铝、镍等有色金属 的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和短条状焊接。可广泛应用于可 控硅引线、熔断器片、电器引线、锂电池极片、极耳的焊接。
超声波塑料焊接原理
• 超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种 达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即 两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差， 一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上 一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟， 使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度 能接近于原材料强度。
超声波焊接设计考虑因素
1.材料聚合物结构（树脂结晶和非结晶状态） 2.填充剂 3.添加剂 4.脱模剂 5.材料等级 6.材料含水量 7.不同材料 8.焊接接头设计选择 9.焊接接触面晒纹处理 10.焊接距离 11.其他
聚合物结构
无定形塑料(Amorphous plastics)分子结构随机分布，无固定的排列方向，具有在 较宽的温度范围内逐渐软化的特点。这类材料达到玻璃态转变温度Tg时，材料逐 渐软化，然后再进入液体熔融状态。材料由液态进入固化时，也是逐渐过渡的。 无定形材料能有效传递超声波振动，且因为软化温度范围较宽，所以更容易焊接， 也更容易实现密封性。 半结晶塑料（Semicrystalline plastics）的分子结构有序排 列。需要高热量才能打断其有序排列。熔点(Tm)很尖锐，只要温度稍微下降，液 态就会迅速发生固化。因此，从热熔区域流出的熔体会迅速凝固。当处于固态时， 半结晶材料分子特性像弹簧，会吸收很大一部分超声波振动，而不是将振动传递 给接头区域。因此对于半结晶材料，需要采用高幅值输出的焊头，以产生足够的 热量。
超声波结构的设计介绍
关于超声波结构的设计要点一、超音波应用原理：超声波焊接是一种快捷、干净、有效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，超声波焊接不但有连接装配功能，而且具有防潮、防水的密封效果。
超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60HZ的电频转变成20HZ或40HZ 的高频电能，供应给转换器。
转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头（焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置）。
振动通过焊接工作件传给粘合面振动摩擦产生热能使塑胶熔化，振动会在熔融状态物质达到其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键。
整个周期通常不到一秒便完成。
二、超声波结构一般来说，在设计超声波结构之前，需考虑选择什么塑料是否只需要结构性的熔接,如果需要的话，要求它能承受多少压力是否需要水气密是否有外观上的要求是否允许有任何溢胶微粒的产生是否还有其它特殊要求等问题。
焊接件的品质主要通过以下几个方面的控制来获得材质焊接的位置和设计焊接面的大小焊头与塑胶件的接触面顺畅的焊接路径底模的支撑三、焊接塑胶件结构要求1）塑胶件必须有一定的刚性及足够的壁厚，太薄的壁厚有一定的危险性，超声波焊接时是需要加压的，一般压力是2～6kg/cm2。
所以塑胶件必须保证在加压的情况下基本不变形2）如果一个注塑出来的零件出现应力非常集中的情况，比如尖角位置，在超声波的作用下会产生断裂，这种情况考虑在尖角位置加R角3）注塑件内部或外部表面附带的突出或细小件会因为超声波振动产生影响而断裂或脱落，通过在附属物与主体相交的位置加一个大R角或加加强筋4）如果被焊头接触的零件有孔或其它开口，则在超声波传送过程中会产生干扰和衰减，根据材料类型（尤其是半晶体材料）和孔大小，在开口的下端会直接出现少量焊接或完全熔不到的情况，因此应尽量避免5）对焊头接触的塑胶件形状中，如果有薄而弯曲的结构，而且需要用来传送超声波能量，特别是对半晶体材料，超声波振动很难传送到加工面，对这种设计应尽量避免三、熔接面的设计准则超声波结构设计中，最重要的就是熔接面的设计。
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Part Dimension Tolerance
+ 0.001” (+ 0.025mm)
+ 0.002” (+ 0.050mm)
+ 0.003” (+ 0.075mm)
超声焊接结构
低矮型
Low Profile Stake
Horn
D/ 2
0.6 D
1.5 D
0.25 D
Before
After
D = Stud diameter
超声铆接结构
半圆型铆接
Dome Stake
0.5 D
2.1 D
2D 0.5 D
Before
After
D = Stud diameter
超声铆接结构
振动焊接结构
用于高压力产品
（如储液容器）
振动焊接结构
典型应用 有凸沿，高压力 容器焊接
振动焊接结构
典型设计 避免在焊接过程 中产品产生晃动
振动焊接结构
典型焊接 把一个工件放入 另一工件内，在 一个焊接周期内 同时焊接
振动焊接结构
典型焊接 不同材料（金属过滤网） 在一起，使之熔为一体
0.05
0.4
2.0 45 °
Maximum Part Dimension
Less than 0.75” (18mm)
0.75” to 1.50” (18-35mm)
Greater than 1.50” (35mm)
Interference per Side
(Range) 0.008” to 0.012” (0.2 to 0.3mm)
剪切型
Sh4
超声焊接结构
剪切型
Shear Joint
0.5 0.25
0.5 0.25
0.1
0.1
超声铆接结构
基本型
Standard Profile
Horn
1.6 D
2D 0.5 D
Before
After
D = Stud diameter
超声铆接结构
D2
4.0
4.7
5.2
6.15
6.4
7.35
Insertion hole in mm (rec.value)
4.3
Threaded bush
5.65
6.85
M6
10.0
7.7
8.75
8.25
M8
12.0
9.7
11.3
10.8
超声浇口切除结构
Gate Design
Gate Area
Tangent Melt Zone Localized
浇口尺寸
Smooth Gate Area
0.080 inch (2.03 mm)
Gate Sizes
0.080 inch (2.03 mm)
0.080 inch (2.03 mm)
2.振动焊接结构
振动焊接结构
常用于密封罐焊接
振动焊接结构
焊接宽2mm深1mm
振动焊接结构
产品内侧无溢料
焊接结构
1.超声焊接结构
焊接筋的角度
120 °
90 °
60 °
45 °
超声焊接结构
基本型
Basic Energy Director
W
W
4
8
W
64
W
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
1.5
0.05
( 0.5 )
0.5
0.5
60 °
超声焊接结构
阶梯型
Chisel Edge
W+ 8
0.010” to 0.025” (0.25 to 0.64mm)
0.060” (< 1.50 mm)
Chisel energy director 45º 0.015 to 0.019” tall (0.4 to 0.5mm)
Before
After
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.8 0.03
4.0
Threaded bush
5.6
M5 9.5 6.3 7.1 6.4 M6 12.7 7.9 8.7 8.0 M8 12.7 9.5 10.2 9.6
超声嵌插尺寸
Metric thread
M3
Length of bushing in
mm
5.5
M4
7.5
M5
9.0
Diameter In mm
D1
THE END
超声焊接结构
阶梯型
Continuous Criss-Cross Energy Director
齿型高度约焊 接筋的60%
超声焊接结构
榫槽型
Tongue & Groove
3.0
( 0.7 )
2.0 0.7
角度 3～ 5 ° 1.5
0.6
超声焊接结构
剪切型
Shear Joint
0.8 以上
Insertion
金属螺钉
塑件
D=1/4"以下－1000 D=1/2"以下－2000
超声嵌插尺寸
Metric thread
M3
M4
Length of bushing in
mm
5.8
8.2
Diameter In mm
D1
D2
3.9 4.7
5.5 6.3
Insertion hole in mm (rec.value)
振动焊接结构
无凸沿，两侧无溢料 且运动方向与振动方向 相同
振动焊接结构
常用于阀盖的焊接 两侧无溢料
振动焊接结构
避免两侧溢料
振动焊接结构
位移较小，但强度 要求较高
振动焊接结构
典型应用 位置狭窄，容器较大
（洗衣机，洗碗机等）
振动焊接结构
用于透明材料 溢料少，外观 优良
( 0.5 )
0.37
0.4
45 °
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.40
0.03
( 0.30 )
0.17
0.20
超声焊接结构
阶梯型
Energy Director with Opposing Textured Surface
0.13～0.29 0.30～0.44 0.45 以上
75 μm 115 μm 150 μm
中空型铆接
Hollow Stake
1.5 D
0.25 D
Before
After
D = Stud diameter
超声铆接结构
高压型铆接
Knurled Stake
High Pressure Stake
90°
Before
After
超声铆接结构
点焊
Spot Welding
超声嵌插结构
嵌插
振动焊接结构
外侧无溢料
振动焊接结构
２mm壁厚５mm凸 沿,焊接２.４mm宽 １.５mm高
振动焊接结构
较小的厚度 包括凸沿的结构
振动焊接结构
典型应用 用于较薄容器 盖子的焊接
振动焊接结构
典型应用 用于较薄且有 压力容器盖子 的焊接
振动焊接结构
无凸沿产品的 焊接，常用于 ABS